轻型门式刚架的特点和优化方法分析
轻型门式刚架结构
轻型门式刚架结构1.引言2.构造轻型门式刚架结构由水平梁和立柱构成，形成一个门型的结构。
这种结构的主要特点是梁柱节点简单，构造明了。
水平梁和立柱通过螺栓连接在一起，形成一个稳定的整体。
立柱一般设置在建筑物的四角，而横梁则负责承担水平荷载和重力荷载。
3.特点（1）重量轻：轻型门式刚架结构的主要材料是轻钢，因此整体结构的重量相对较轻，降低了施工成本和施工强度。
（2）施工便捷：轻型门式刚架结构采用模块化设计，构件预制，现场只需简单的机械操作和组装拼接即可完成，提高了施工效率。
（3）刚度较高：轻型门式刚架结构采用刚性的钢材构件，能够有效地抵抗风荷载和地震荷载，保证建筑物的稳定性和安全性。
（4）空间利用率高：轻型门式刚架结构不需要设置柱子，可以获得较大的内部空间，适合用作大跨度的建筑物。
（5）可更改性强：轻型门式刚架结构的构造灵活，可以根据实际需要灵活地添加或拆除构件，使得建筑物的形状和大小可以随意改变。
4.应用（1）工业厂房：轻型门式刚架结构适合用作工业厂房，可以满足大跨度、大空间的需求，并且能够有效地承受重荷和荷载。
（2）仓库：轻型门式刚架结构的组件可以简单地进行组装和拆卸，适合用作仓库，能够灵活地满足不同规模和用途的需求。
（3）体育馆：轻型门式刚架结构具有一定的美观性和功能性，在建造体育馆时，可以快速、经济地构建出稳定的建筑物。
（4）商业建筑：轻型门式刚架结构的外观造型简洁大方，适合用作商业建筑，能够与现代建筑风格相融合。
5.结论轻型门式刚架结构作为一种先进的建筑结构体系，具有重量轻、施工便捷、刚度高、空间利用率高等优点，在工业厂房、仓库、体育馆等领域得到了广泛的应用。
随着建筑技术的不断发展，轻型门式刚架结构将继续发挥其优势，成为未来建筑结构的重要发展方向。
(完整版)轻型门式刚架结构
(完整版)轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构由柱、梁和框架组成，是一种常用于工业建筑和仓储设施的结构形式。
它具有简单、强度高、施工方便等特点，被广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍轻型门式刚架结构的设计原理、优势和应用。
一、设计原理轻型门式刚架结构的设计原理主要依据荷载分析和力学计算。
在设计过程中，首先需要确定建筑的功能和使用要求，确定受力和荷载特点，进而确定结构的尺寸和布置。
设计中要考虑荷载的作用点、方向和强度，合理选择材料，确保结构的安全性和可靠性。
此外，还需要考虑建筑的抗震性和防火性能。
二、优势轻型门式刚架结构相比传统的混凝土结构具有以下优势：1. 轻量化：轻型门式刚架主要采用钢材作为结构材料，具有自身重量轻的特点，可以减少地基要求，降低建筑物整体重量，减少地震对结构的影响。
2. 高强度：钢材具有高强度和刚性，能够承受较大的荷载，在相同跨度下可以采用较小的截面尺寸，提高空间利用率。
3. 灵活性：轻型门式刚架结构可以根据建筑物的需要进行自由组合和调整。
梁和柱的连接采用螺栓连接，方便拆卸和重组，适应建筑功能的改变。
4. 施工方便：轻型门式刚架结构可以在工厂预制，到工地后进行简单的安装和拼装。
相较于传统的混凝土结构，可以大大缩短施工周期，提高施工效率。
三、应用轻型门式刚架结构广泛应用于工业建筑、仓储设施和物流中心等领域。
具体应用包括但不限于以下几个方面：1. 工业厂房：轻型门式刚架结构适用于各种工业厂房，如制造厂、加工厂等。
其灵活的组合方式可以满足不同功能和要求，并且可以根据生产线进行合理布局。
2. 仓储设施：轻型门式刚架结构的大跨度和高强度特性，使其成为理想的仓储设施搭建方案。
可以用于货物的存储和物流中心的建设。
3. 体育馆和展览馆：轻型门式刚架结构的设计灵活性，使其成为体育馆和展览馆的首选结构形式。
可以根据需要设计出大跨度的空间，并且提供较好的观赏性。
4. 市政工程：轻型门式刚架结构可用于市政工程，如桥梁、隧道等。
轻型门式刚架结构支撑体系
轻型门式刚架结构支撑体系轻型门式刚架结构支撑体系的优点之一是结构简单，由于采用了门式结构的形式，整体结构布局清晰，不需要太多的连接件和支护设备，使得施工过程简化，有效地缩短了工期。
其次，轻型门式刚架结构支撑体系还具有较高的抗震性能，其纵向刚架和横向刚架相互作用，能够有效地分散地震力，提高建筑的整体抗震能力。
此外，轻型门式刚架结构支撑体系还具有较好的经济性，采用了轻型材料和合理的结构形式，节约了材料成本，减少了施工的投资。
轻型门式刚架结构支撑体系的设计要点主要包括以下几个方面。
首先是合理确定纵向刚架和横向刚架的布置位置和形式。
一般情况下，纵向刚架采用框架结构，横向刚架采用桁架结构，通过这样的布置形式，能够使得刚架间的相互作用达到最佳状态，提高整体抗震能力。
其次是合理确定刚架的高度和宽度。
刚架的高度一般根据建筑的结构形式和功能要求进行确定，同时需要考虑到刚架的稳定性和抗震性能。
刚架的宽度一般由横向刚架的跨度和纵向刚架的间距决定，要保证刚架的稳定性和刚度。
最后是合理确定顶板的形式和材料。
顶板通常采用轻质结构材料，如玻璃钢板、聚碳酸酯板等，具有重量轻、强度高、阻燃性好等特点。
在设计中需要根据功能要求和经济性进行选择。
轻型门式刚架结构支撑体系的施工要求主要包括以下几个方面。
首先是施工过程中需要保证刚架的垂直度和水平度，避免出现偏斜和倾斜现象。
其次是刚架的搭设要均匀、稳定，要保证刚架的整体刚度和强度。
同时需要注意刚架的连接节点的安全性和可靠性，确保连接件的质量和强度。
另外，在顶板的施工过程中要注意防止渗水和漏水现象的发生，保证建筑的使用寿命和安全性。
综上所述，轻型门式刚架结构支撑体系是一种常用的结构支撑体系，具有结构简单、施工方便、经济实用等特点。
在设计和施工过程中需要合理确定刚架的布置形式、高度和宽度，选择合适的顶板材料。
施工时需要保证刚架的垂直度和水平度，保证刚架的整体稳定性。
如果能够正确地应用轻型门式刚架结构支撑体系，能够提高建筑的整体抗震能力和使用寿命，满足建筑的功能要求。
轻型门式刚架结构的特点及适用范围
轻型门式刚架结构的特点及适用范围
一、刚架特点
(1)用轻型屋面，不仅可减少梁柱截面尺寸，基础也相应减少。
(2)在多跨建筑中可做成一个屋脊的大双坡屋面，为长坡面排水创造了条件。
设中间柱可减少横梁的跨度，从而降低造价。
中间柱采用钢管制作的上下铰接摇摆柱，占空间小。
(3)侧向刚度籍檩条的隅撑保证，省去纵向刚性构件，并减少翼缘宽度。
(4)刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比；变截面时根据需要可改变腹板的高度和厚度及翼缘的宽度，做到材尽其用。
(5)刚架的腹板可按有效宽度设计，即允许部分腹板失稳，并可利用其屈曲后强度。
故腹板高厚比可比《钢结构设计规范》（GB50017）规定为大，即可减少腹板厚度。
(6)竖向荷载通常是设计的控制荷载，但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视。
在轻屋面门式刚架中，地震作用一般不起控制作用。
(7)支撑可做得较轻便。
将其直接或用水平节点板连接在腹板上，可采用张紧的圆钢。
(8)结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。
构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓相连，安装方便快速，土建施工量少。
二、适用范围
门式刚架通常用于跨度为9~36m，柱距为6m，柱高为4.5~9m，设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑（超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑）。
门式刚架轻型钢结构房屋设计特点分析
门式刚架轻型钢结构房屋设计特点分析摘要：根据门式刚架轻型钢结构房屋设计特点，讲述了其结构组成及结构布置，并提出了各构件的计算内容及节点设计方法。
关键字：门式刚架；结构形式与布置；构件计算；节点设计0 引言门式刚架为轻型房屋钢结构，最大的特点就是结构自重轻、结构简单、跨度大且施工周期短，可分为单跨、多跨刚架以及带挑檐和带毗屋的刚架，柱网布置灵活，也可分为有吊车和无吊车刚架。
随着钢结构构件加工工艺的提高以及门式刚架的种种优点，使得门式刚架结构广泛应用于工业建筑厂房、临时建筑及简易民用建筑等工程建设项目。
1结构形式与布置门式刚架结构可视为一种平面受力体系结构，各种支撑负责承担平面外的主要荷载。
一般的门式刚架主要由边柱与斜梁以刚接方式组成，柱脚铰接与基础形成一个几何不变体系；当有较大荷载吊车时，柱脚一般采用刚接形成超静定几何不变体系；中柱与斜梁的连接可以采用铰接，也可采用刚接，当中柱承担吊车荷载时一般采用刚接；两榀门式刚架平面外方向采用支撑及檩条连接，屋面布置横向水平支撑、刚系杆及屋面檩条，墙面布置柱间支撑及墙面檩条，支撑与刚架共同组成空间稳定结构体系。
1.1结构组成刚架结构柱及屋面梁一般采用实腹式热轧H型钢或格构式构件，根据门式钢架的受力特点，为了节省建筑材料，柱及屋面梁一般采用变截面，跨度较大时屋面梁应采用拼接。
屋面及墙面檩条一般采用冷弯薄壁型钢构件，如薄壁C型钢、薄壁Z型钢、高频焊H型钢以及轻型槽钢等；当柱距大于12m时，冷弯薄壁型钢构件很难满足使用要求，通常采用桁架式檩条。
檩条通过安装螺栓与主体钢架连接，承受维护结构传递的荷载并将其传递给刚架，虽然刚架承担着檩条的荷载，但檩条对刚架有侧向支撑作用，可提高刚架的整体稳定性。
屋面板及墙面板常采用压型钢板等轻型复合材料，通过自攻螺钉与檩条连接，直接承受风、雪及施工荷载，并将其传递给檩条，同样对檩条产生侧向支撑作用提高其整体稳定性。
屋面支撑和柱间支撑一般采用张紧的圆钢交叉支撑，按拉杆设计，且应布置在同一开间内；当有吊车时，屋面支撑及上柱柱间支撑宜采用角钢或其他型钢支撑，可按拉杆设计，下柱柱间支撑一般采用双片角钢或其他型钢支撑，支撑中的刚性系杆应按压杆设计。
浅述轻型门式刚架厂房结构设计
浅述轻型门式刚架厂房结构设计摘要：近年来，随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H型钢的出现，门式刚架迅猛地发展，本文仅对门式刚架设计中的结构形式、结构布置及设计中的注意事项做了简要论述。
关键词：轻型；门式刚架；结构设计1门式刚架结构的特点1.1质量轻门式刚架是由质量较轻的金属板、玻璃棉等材料组成，因此在地震时自身所产生的地震反应就比较小，减少建筑物自身的震动带来的破坏，但是质地轻就会受到风的影响，在风很大的时候就会使钢结构产生很大的荷载，对刚架整体荷载产生一定的影响。
1.2工业化程度高，施工周期短门式刚架所需要的材料基本都是来自大型的钢材工厂，这样就使建筑材料的质量得到了保证，有利于工程整体质量的提高，由于门式刚架的施工只是把刚架的每个部分通过螺丝等连接起来，安装的时间相对比较短。
1.3综合经济效益高门式刚架结构作为厂房的主承重结构，其主要是通过电脑进行整体的结构设计，使用的建筑材料形式比较简单，特别是在安装的时候操作简单，这就会大大的缩短工程周期，也会使厂房提早的投入使用，资金的回报比较快，对于企业来说整体的经济效益也会提高。
2门式刚架设计中的结构形式门式刚架的结构形式很多，按构件体系分有实腹式和格构式；按截面组成分有等截面和变截面；按结构选材分有普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。
①实腹式刚架的横截面一般为H型，少数为Z型。
门式实腹式刚架适用于荷载和跨度小，尢吊车或吊车起重量较小的单层厂房或仓库等。
实腹式刚架结构构件整齐，构件的刚度较大，拆装方便，受力性能好。
②格构式的横截面为双腹杆矩形或三面腹杆三角形。
格构式刚架常用于跨度吊车吨位较大的建筑，可采用普通角钢、槽钢及钢管等，其材料选用和截面组成比较灵活。
③实腹式或格构式刚架都可以做成等截面或变截面。
当跨度和荷载较大时宜采用变截面结构，当跨度和荷载较小时，一般采用等截面结构，为的是使结构造型趋于荷载作用的弯矩图形材料分布更加合理。
对于格构式刚架来说，一般柱采用变截面，而横梁采用等截面。
轻型门式刚架的特点和优化方法分析
轻型门式刚架的特点和优化方法分析Lightweight steel portal frame characteristics and optimization analysis作者于立岩单位：中铁十八局集团科研设计院摘要:目前门式刚架是单层工业厂房中一种常见的结构形式, 本文分析了门式刚架结构的特点，并从柱距、跨度、次构件以及钢材类型等几方面探讨如何降低门式刚架的用钢量，并根据分析结果提出了相关合理化建议。
Abstract: The portal frame for single storey industrial buildings is a common form of structure, this paper analyzes the characteristics of portal frame structure, and from column space, span, components and types of steel and so on several aspects to discuss how to reduce portal frame steel consumption, and according to the analysis results puts forward some reasonable suggestions.关键词: 门式刚架; 用钢量; 柱距; 跨度Key words：portal frame；Steel consumption；column space；span；近几年来, 我国轻钢结构发展迅速, 单层门式刚架轻型房屋钢结构具有跨度大、用钢量低、重量轻、施工速度快、综合造价低和适用范围广等特点, 在轻工业厂房、仓库、交易市场等各类建筑结构中得到了广泛的应用,其中用钢量省、结构轻巧、适用范围广是门式刚架最主要的特点。
在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H形变截面构件，单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉。
轻型门钢架结构如何设计注意点剖析
（2）风荷载 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102：2002关于风荷载体型系数是参照美国MBMA编制 的《低层房屋系统手册》，其规定的系数是综合压 力系数，包含了风的阵风影响，是内外压力的组合 系数。由国际权威机构加拿大SICC和美国MBMA共同 研究、通过边界层风洞试验求得的，已使用近百年，
轻型门钢架结构如何设计注意点剖析
钢材的质量等级 分A、B、C、D、E级（E级仅用于Q345、Q390、 Q420等低合金钢）。 钢材的基本保证项目： （1）抗拉强度、屈服点、伸长率； （2）化学成分：硫、磷、锰、碳（Q235-A不作交 货条件）； （3）冷弯试验、冲击韧性（+20、0、-20、40）。 第（3）项A级钢不保证，必要时可附加冷弯试验 的要求。
轻型门钢架结构如何设计注意点剖析
（3）常用跨度：18 30m，高度4.5 ~ 9m。规程 规定跨度可作到36m。
目前已建工程最大跨度为72m（粮库、机库），据计 算分析，门式刚架跨度大于42m经济性较差，所以技术规 程规定适用于跨度小于36m。
关于高度问题，美国MBMA有关条文规定的低层房屋 高度是小于60呎，相当于18m。
轻型门钢架结构如何设计注意点剖析
（1）焊缝的强度设计值中，对接焊缝只有抗 拉和抗压的取值，抗弯强度分别按抗弯中的受压 部分取抗压强度设计值，受拉部分取抗拉强度设 计值采用。焊缝金属为焊条熔敷金属与钢材金属 的混合体，其强度一般高于钢材的强度，但焊缝 质量对强度有很大影响，规范规定：焊缝质量为 一、二级时，对接焊缝的抗拉强度设计值与母材 相等，三级时取为母材抗拉强度的0.85倍。
轻型门钢架结构如何设计注意点剖析
（6）刚架斜梁的坡度取决于屋面排水坡度，一 般i=1/8~1/20。 门式刚架常用双坡排水，这样屋面板辅设简易， 屋面渗水、漏水现象可能性减少，但排水面积增大， 如果有积水现象将很不利，故应严格控制各构件挠 度和施工质量。 · 当屋面坡度小于1/20时，应校核结构变形后雨水 排泄的能力，校核时应考虑安装差，支座沉降、构 件挠度、侧移和起拱的影响。
门式刚架轻钢结构设计分析
门式刚架轻钢结构设计分析摘要：对于门式刚架而言，其属于轻型房屋钢结构中非常重要的一种结构形式。
在对门式刚架轻型钢结构进行实际设计的过程中，其设计阶段的不同，实际的特点也有极大的不同，在进行设计的过程中，必须要对其中实际存在的主要矛盾进行全面的了解并掌握，以结构设计的基本原则作为实际的依据，将科学合理的技术措施应用进来，最终使更加经济、耐久、安全的结构设计出来。
基于此，本篇文章主要对门式刚架轻钢结构的设计进行深入的分析和探讨。
关键词：门式刚架轻钢结构设计分析前言：就门式刚架轻型钢结构来讲，其主要有以下特点和特征：首先，就是形式非常多，其次，就是布置具备灵活性，最后就是可以使各种使用功能的厂房设计要求得以满足。
与以往的普通钢结构相比，门式刚架轻钢结构不但具备施工速度快的特点，还具备施工速度快的特点，不仅如此，其质量相对较轻，是普通钢结构的1/2~1/3，非常便于施工。
除此以外，门式刚架轻钢结构的主要结构不仅有主钢架，还有基础和支撑体系、抗风柱等。
1.门式刚架节点和梁柱连接设计在对门式刚架与柱进行实际连接的过程中，其必须要将刚接的方式采取进来，正常情况下，有以下几种方式，即腹板焊接、腹板栓接、翼缘焊接、翼缘栓接，而具体采取哪一种方式，则要依据与梁柱截面的大小以及实际摆放的位置。
在梁祝钢接的过程中，其最重要的保障就是梁柱节点端板，对于端板的摆放形式而言，其主要有以下三种，即横放、竖放和斜放，在对端板连接进行设计的过程中，IXUS要以实际承受最大的内力为基础进而进行设计。
如果实际的内力相对较小，在进行端板连接的谷草中，要以其承受不小于较小被连接构建截面承载力的一般为基础，进而进行设计。
在对主钢架构件进行实际连接的过程中，必须要将高强度的螺栓应用进来，进而对其连接，其主要包含两种类型，即承压型和摩擦型。
如果在对端板进行连接的过程中，其只会受到弯矩或者是轴向力的作用，又或者是实际的剪力比抗滑移承载力小很多，则可以不对端板的表面进行针对性的处理。
门式刚架轻钢结构优化设计及程序开发
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门式刚架轻钢结构的材料主要有H型钢、T型钢、角钢等。在实际设计中，需 要根据实际需求和承载要求选择合适的材料。一般来说，对于主要承受压力的结 构，应选用强度较高的H型钢；对于承受拉力的结构，应选用具有较高屈服强度 的T型钢或角钢。此外，在材料的选取过程中，还需要考虑材料的防腐、防火性 能等因素。
3、截面形状和尺寸的优化
三、结论
门式刚架轻钢结构作为一种广泛应用于各种建筑项目的结构形式，其优化设 计对于提高结构的承载能力、稳定性和使用寿命具有重要意义。本次演示从结构 形式的选择、材料的选取、截面形状和尺寸的优化、节点连接的设计以及防腐、 防火措施的选择等方面对门式刚架轻钢结构的优化设计进行了研究和探讨。通过 合理的优化设计，可以大大提高门式刚架轻钢结构的性能和使用寿命，同时也可 以降低施工成本和占地面积，具有广泛的应用前景。
门式刚架轻钢结构的截面形状和尺寸对结构的承载能力和稳定性有着重要影 响。在实际设计中，需要对截面形状和尺寸进行优化，以达到最佳的结构性能。 一般来说，可以通过调整截面高度、宽度和腹板厚度等参数来实现优化。例如， 可以通过增加腹板厚度来提高结构的稳定性；通过减小截面面设计是门式刚架轻钢结构设计的关键环节之一。在满足强度和稳定 性的前提下，应尽量减小截面尺寸，以降低用钢量，提高经济效益。对于常用的 H型钢或箱型梁截面，可以通过调整截面高度、翼缘宽度和厚度等参数来优化截 面设计。此外，还可以采用高强度钢、耐候钢等新型钢材，以进一步提高结构性 能和经济性。
3、节点设计
5、防腐、防火措施的选择
门式刚架轻钢结构在使用过程中会受到各种自然环境和化学物质的侵蚀，因 此需要进行防腐处理。同时，在火灾情况下，结构需要具备一定的耐火性能以保 证结构的安全性。因此，在优化设计中需要考虑到这些因素，并采取相应的防腐、 防火措施。例如，可以在钢材表面涂刷防腐涂料或采用耐火材料进行保护等措施 来提高结构的防腐、防火性能。
浅谈轻型门式刚架结构设计
浅谈轻型门式刚架结构设计摘要：门式刚架轻型房屋钢结构在我国的应用范围越来越广泛，技术日趋成熟，但需要总结、完善和研究的问题仍然较多，工程技术人员应根据工程实际选择计算模型，注重整体分析，进行优化设计，除主刚架强度和稳定计算外，还应注重支撑体系的布置。
只有遵循上述原则，才能保证结构设计的安全性和经济合理性。
关键词：轻钢结构；结构设计；门式刚架引言本文对门式刚架钢结构房屋的设计，总结了钢结构设计中存在的一些问题，并从结构布置、拉条设置、拉条节点、支撑设置等几方面进行分析和讨论。
1门式刚架轻型房屋钢结构优势体现及发展1.1门式刚架轻型房屋钢结构优势体现上世纪八十年开始，我国对门式刚架轻型房屋钢结构进行应用，经过近几十年来的不断发展，现阶段已经成为我国房屋建筑的一种重要组成方式。
在结构设计方面门式刚架轻型钢结构房屋主要通过应用H型钢等组成一种门式刚架承重的房屋骨架，实际的应用中这种设计非常广泛。
因为门式刚架轻型房屋结构的布设非常灵活，而且其柱网不会受到构建模数的限制。
并且，门式刚架轻型房屋在拆卸时比较方便，利于我们的回收应用，对于施工工期可以大大的减少。
此外，钢结构的应用有利于降低对能源的消耗，有效的保证了环境不被破坏，并且其应用的综合经济效益比较高，能够为企业带来很大的利益。
1.2门式刚架轻型房屋建筑的发展随着近年来我国科学技术的不断发展，对于门式刚架轻型结构的发展与应用也比较广泛。
在我国相关质量部门对门式刚架轻型房屋钢结构技术规程进行很好的规范后，对整个钢结构施工的水平及经验方面都起到了很好的提升作用。
但是，我国目前的钢结构应用设计上和一些发达国家相比，在很多方面上还需要进一步提高。
一般我国在轻型钢结构的应用形式上，主要是采用无铰门式刚架和两铰门式刚架，结构的自身截面是通过焊接H型钢保证稳定。
而对于刚架节点方面的设计，则大多都是相同的，主要是通过摩擦面处理的高强度螺栓进行连接。
在结构的维护系统方面则采用的设计标准化机制。
浅谈轻型门式刚架的优化设计
浅谈轻型门式刚架的优化设计钱小红(浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州310012)(}商要]20世纪九十年代以来，轻型门式刚架在我国得到了非常广泛的应用．在这过程中设计从业人员也在不断探索如何在满足规范规程，保证结构安全的务件下最大限度的降低用钢量，为业主节省造价。
轻型J J'1式刚架(无吊车)由主刚架，檩条，墙梁，支撑系统，抗丽．柱组成，其中主刚架与檩条在用钢量中占的比例最大。
巨搠]门式刚架；优化设计；主刚架；檩条20世纪九十年代以来，轻型门式刚架在我国得到了非常广泛的应用，在这过程中设计,9,93k员也在不断探索如何在满足规范规程，保证结构安全的条件下最大限度的降低用钢量，为业主节省造价。
轻型门式刚架(无吊车)由主刚架，檩条，墙梁，支撑系统，抗风柱组成，其中主刚架与檩条在用钢量中占的比例最大，下面，就从这两方面入手讨论门式刚架的优化设计。
1结构形式与布置对用钢量的影响门式刚架—般采用单脊双坡和多脊双坡两种屋面形式。
多脊双坡—般采用内天沟排水，内天沟排水因天沟增加有以下弊端，1)用钢量增加，2)增加室内排水系统，3)因屋面节点较多易为日后房屋漏水留下隐患；加上国内金属屋面系统经过多年发展技术已相当成熟，对长坡度外挂天沟排水已不是难事，故设计^员在条件许可的情况下在刚架形式上应优先采用单屋脊的多跨大双坡，外挂彩板天沟的形式。
现在有不少钢结构房屋采用四周女儿皤遮挡屋脊，我以为轻钢结构立面本身不可能采用很丰富的形式，索性去掉女儿墙以节省造价。
对于不同跨度，材质选取对刚架用钢量的影响，我们以两跨门式刚架，柱顶标高8．O m，柱距7．5m，屋面恒载025K N／m2，活载025K N／m2，基本风压0．50K N／m2，屋面坡度5％，分别计算15m～36m刚架，折算成每平米的用钢量来比较。
因每个设计人员采用的截面不同，用钢量不可能相同。
但同—个人计算的刚架对于比较不同跨度的影响还是有参考价值的。
门式刚架轻型房屋钢结构设计优化分析
在优化设计中，空间优化主要是对房屋功能以及工艺展 开考虑，尽量避免空间的浪费，要充分掌握现场实际情况，对 影响钢结构设计比较大的条件，需要反馈给设计人员通过调 整房屋功能分区以及工艺细部进行解决。同时，吊车的吨位 要结合工艺使用的实际情况进行选择，若是没有特定要求，尽 量选择自重比较轻的吊车，也要着重考虑房屋上部空间是否 满足吊车使用的净高要求。
关键词：门式刚架；轻型房屋钢结构；设计优化
1 前言
在国内的工程中，门式刚架以其质量轻、结构坚固耐用、 造价低、施工快等优点不断得到广泛应用，为此国家有关部门 也出台了很多相关规范，为轻型钢结构的设计提供了依据。 门式刚架轻型房屋钢结构的设计技术日趋成熟，但是在钢结 构的实际设计中，依旧存在很多的问题，需要进一步完善和 研究。
4 门式刚架轻型房屋钢结构优化设计 4.1 注重门式刚架轻型房屋钢结构的选型
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设计人员需要结合轻型钢结构实际使用情况，加强对结 构形式的合理选型。根据门式刚架房屋是否设置行车以及行 车的吨位，合理选择柱距和跨度。对于刚架采用单脊双坡还 是多脊多坡要根据实际使用环境进行选择，多雨地区宜采用 单脊双坡，有利于屋面排水。在跨度大且设置女儿墙时，为了 降低房屋的建筑高度和钢梁挠度引起的屋面凹坑效应，宜采 用多脊多坡。整体结构选型中，借助多榀并排框架，在纵向连 接中利用支撑系统、系杆和檩条等形成稳定结构。主框架选 型，借助梯形屋架或者三角形屋架代替门式钢架横梁。屋盖 选型，一般情况下屋面封闭可以采用轻质屋面或是重型屋面， 根据门式刚架的实际使用情况设计为有檩或是无檩屋盖。
2 门式刚架轻型房屋钢结构优势体现及发展 2.1 门式刚架轻型房屋钢结构优势体现
轻型钢结构主要是 H 型钢截面构成门式刚架，成为承受 荷载的骨架，正是因为门式刚架应用灵活性好，承载能力强[1]， 已广泛地被应用于单层工业厂房及仓库。门式刚架的屋面和 墙面采用岩棉压型钢板，可以有效地减轻结构体系的重量。 其次，门式刚架柱网尺寸布置灵活，同时跨度大，这样就可以 提供比较大的使用空间。
门式轻型钢结构房屋设计讲解与分析
门式轻型钢结构房屋设计讲解与分析现今，门式轻型钢架房屋广泛应用于房屋的建设中，因其所具有的造价低、施工速度快，施工难度低等优点，深受用户喜爱。
而在设计它时，要按照国家的相关规范要求，把握设计要点，将设计做好，文章就门式轻型刚架结构房屋的特点和其结构和平面布局等进行介绍。
标签：门式轻型钢；设计；分析前言近些年来，门式轻型钢结构房屋在建筑中得到了广泛的应用，适用于超市、娱乐体育设施、车站候车室等大跨度公共建筑等，其通常由基础、钢架、支撑系统、屋面、压型钢板屋面和型钢檩条等组成，下文将就钢结构的特点和设计时的注意事项等方面进行阐述。
1 轻型门式刚架的特点轻型钢结构房屋相比于传统的钢筋混凝土结构房屋具有质量轻、柱网布置比较灵活、造价低、施工速度快、施工难度较低等特点。
经过多年的发展，轻型门式钢结构发展成为了一个完备的体系，从H型钢梁，屋顶上的彩钢板，墙面上的保温层等一系列的配件，房屋设计时根据设计要求选用符合要求的配件，而后进行相应的组装，在既保证结构稳定的情况下又可以保证缩短工期。
钢结构建筑由于采用了全钢结构，在同等强度的条件下要比钢筋水泥结构占用空间少，比一般钢筋水泥结构的建筑内部空间更为合理，外观简洁，可以更好的达到使用要求。
由于房顶和围护结构采用了彩钢板、玻璃棉等材料，因此钢结构的钢架可以很轻，在加上设计时对门式钢架结构进行了优化设计，从而使钢结构的自重很轻，根据统计数据门式钢架建筑结构用钢量通常为10～30kg/m2仅为相同条件下混凝土结构建筑用钢量的1/20～1/30，更为经济合理。
门式刚架结构的主要构件和配件都由工厂制作，从而保证了构件的质量和精度，无需二次加工，工地安装方便。
除了基础施工外，没有湿作业，需要的施工人员也不多，而且在安装时，构件之间的连接多采用高强度螺栓进行连接，需要焊接的地方很少，这样就大大提高了安装速度，使建筑可以很快的建设起来，但必须注意设计为刚性连接的节点，应具有足够的转动刚度。
门式刚架轻钢结构设计形式及特点分析
门式刚架轻钢结构设计形式及特点分析孙 毅（唐山钢铁集团有限责任公司，河北 唐山 063000）摘 要：门式刚架轻型钢结构房屋由于具有质量轻、工期短、柱网布置灵活等优点,受到越来越广泛的应用。
当前，在门式刚架轻钢结构设计中存在着一些问题，需要我们认真进行研究分析，通过采取科学有效的措施加以解决，为此工程设计人员要充分理解其结构和建造特点，在设计中必须严格遵守规范标准和相关要求，确保门式刚架轻钢结构的建设质量，使其安全性和经济性得到更好地保障。
本文针对门式刚架轻型房屋钢结构技术的发展优势及设计问题进行探讨,从而针对性的提出相应的优化方法,系统总结我对门式刚架轻型房屋钢结构设计的一些看法,希望能够为今后设计提供一些经验。
关键词：门式刚架；轻钢结构；工程设计；存在问题中图分类号：TU392.5 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）03-0154-2收稿日期：2019-03作者简介：孙毅，男，河北唐山人，生于1986年，工程师，本科，研究方向：结构加固，门式钢架。
门式刚架轻钢结构是一种建设周期短、质量可靠性高的现代建筑施工技术，其在拥有诸多优点的同时，也存在抗侧力较差等一些缺陷和问题，这就在一定程度上限制了它的应用范围，而且成为导致工程事故多发的主要原因，这是我们应该注意的一个重要问题。
门式刚架轻钢结构设计工作至关重要，它直接关系着钢结构的建材用量和工程质量以及安全系数等。
近年来，随着经济社会的不断发展，门式刚架轻钢结构建筑越来越多，很多工业厂房、大型仓库、体育场馆等建筑都采用门式刚架轻钢结构建造工艺。
门式刚架轻钢结构具有诸多优点，例如：工程设计相对简单、施工材料用量较少、施工建设速度较快、建筑造型外观简洁等，而且钢结构具有较高的强度，抗震性能好，与普通建筑相比，其自身重量较轻，因此在工程建设领域得到广泛应用。
1 门式刚架轻钢结构的主要设计形式分析在我国工业厂房建设领域，近年来，门式刚架轻钢结构得到了快速推广应用，成为一种重要的新型建筑形态。
轻型门式钢架结构设计关键要点
轻型门式钢架结构设计关键要点汇报人：日期:•概述•设计基础•关键设计要素目录•详细设计步骤•施工与质量控制•案例分析与实践01概述轻型门式钢架结构的定义承载能力和刚度相对较低，适用于轻型建筑物和临时建筑。
轻型门式钢架结构广泛应用于仓库、厂房、超市、展览馆等轻型工业与民用建筑中。
轻型门式钢架结构具有重量轻、强度高、构造简单、施工快捷、节能环保等优势，能够满足现代建筑对轻质高强、快速施工等要求。
应用范围与优势优势应用范围根据建筑物使用功能和所处地理环境，合理确定荷载条件，包括风荷载、雪荷载、活荷载等。
荷载条件根据建筑物空间需求和场地条件，选择合适的结构跨度与高度，确保结构稳定且经济合理。
结构跨度与高度选择具有良好力学性能、加工性能和耐腐蚀性能的轻型钢材，如Q235B、Q345B等。
钢材选用轻型门式钢架结构中的构件连接应采用可靠的连接方式，如焊接、螺栓连接等，确保结构整体性和稳定性。
连接方式设计考虑因素02设计基础在设计轻型门式钢架结构时，首先要进行结构分析，包括荷载分析、内力分析和位移分析，以确保结构能承受设计荷载并满足稳定性要求。
结构分析采用弹性设计方法和塑性设计方法，根据结构的重要性和安全等级，选择合适的设计方法。
结构设计方法设定结构和构件的极限状态，如承载能力极限状态和正常使用极限状态，以确保结构在设计使用年限内的安全性。
结构和构件的极限状态结构设计原理选择优质钢材，如Q235、Q345等，确保钢材具有良好的力学性能、焊接性能和耐腐蚀性。
钢材采用高强度螺栓、焊接等连接方式，确保结构的整体性和稳定性。
连接件选择防腐、防火性能良好的涂料，提高结构的使用寿命和安全性。
涂料材料选择行业标准参考行业标准，如《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》等，确保设计的合理性和先进性。
地方性建筑法规根据当地建筑法规，对结构设计进行适当调整，确保结构与当地气候、地质等条件相适应。
遵循国家建筑设计规范在设计过程中，严格遵守国家建筑设计规范，如《建筑结构荷载规范》、《钢结构设计规范》等。
浅析轻型门式刚架钢结构的优化设计
2.2门式刚架建筑的缺点
1.养护费用高。轻型钢结构建筑物暴露在空气中，钢材易被腐蚀，必定期用油漆保养，混凝土则不需保养。
2.需做防火层。轻型钢结构在高温室强度会减弱，必须作防火层，这样当火灾发生时，才有足够的时间来逃生。而混凝土本身就是耐燃材料。
3.门式刚架轻型钢结构先期投入大。由于需要一些专门的设备才能生产满足要求的型钢，因为相应的设备就复杂昂贵一些，有些设备甚至需从国外进口。而钢筋混凝土所用材料可随建筑物的建造而就近运抵现场。
4.门式刚架轻钢结构的设计施工需专业的人员。只有经培训合格的人员，才可能建造出满足精度要求、安全的轻型钢结构。
3门式刚架轻型钢结构设计发展不足
4.2刚架最优间距的确定
刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、擦条形式等因素有关,在刚架跨度较小的情况下,选用较大的刚架间距,增加擦条的用钢量是不经济的,因此从综合经济分析的角度看,确定合理的柱距才能既节约钢材,又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化,从而推动门式刚架轻钢结构体系在我国的发展。经过大量计算,笔者发现：随着柱距的增大,刚架用钢量比例是逐渐下降的,但当柱距增大到一定数值后,刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓。而其他如擦条、吊车梁、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加,就房屋的总用钢量而言,随柱距的增大先下降而后又上升。综合各项用钢量表明,对一定条件下的轻型钢房屋而言存在一最优柱距。表1所列即为一般情况下,柱高为6m,备种跨度对应的刚架最优间距。
1门式刚架的概述
门式刚架是门式刚架轻型房屋的最主要受力体系。门式刚架和采用冷弯薄壁型钢制成的檀条及采用压型钢板制成的外墙板、屋面板共同组成轻型钢结构房屋。典型的门式刚架轻型钢结构体系由基础、主钢架、墙梁（吊车梁）、檀条、屋面板、墙面板，抗风柱，屋面支撑，柱间支撑等组成。
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轻型门式刚架的特点和优化方法分析Lightweight steel portal frame characteristics and optimization analysis作者于立岩单位：中铁十八局集团科研设计院摘要:目前门式刚架是单层工业厂房中一种常见的结构形式, 本文分析了门式刚架结构的特点，并从柱距、跨度、次构件以及钢材类型等几方面探讨如何降低门式刚架的用钢量，并根据分析结果提出了相关合理化建议。
Abstract: The portal frame for single storey industrial buildings is a common form of structure, this paper analyzes the characteristics of portal frame structure, and from column space, span, components and types of steel and so on several aspects to discuss how to reduce portal frame steel consumption, and according to the analysis results puts forward some reasonable suggestions.关键词: 门式刚架; 用钢量; 柱距; 跨度Key words：portal frame；Steel consumption；column space；span；近几年来, 我国轻钢结构发展迅速, 单层门式刚架轻型房屋钢结构具有跨度大、用钢量低、重量轻、施工速度快、综合造价低和适用范围广等特点, 在轻工业厂房、仓库、交易市场等各类建筑结构中得到了广泛的应用,其中用钢量省、结构轻巧、适用范围广是门式刚架最主要的特点。
在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H形变截面构件，单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉。
单层轻型门式刚架结构相对于钢筋混凝土结构具有以下特点：（1）质量轻：围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻。
根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10~30kg/m2 ，在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/20~1/30。
由于结构质量轻，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。
同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。
但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载经常成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。
（2）工业化程度高，施工周期短：门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。
（3）综合经济效益高：门式刚架结构通常采用计算机辅助设计，设计周期短；原材料种类单一；构件采用先进自动化设备制造；运输方便等。
所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。
（4）柱网布置比较灵活：传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。
而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。
在门式刚架的设计中, 为了充分发挥其优越性, 结构工程师应尽可能地优化结构设计, 从而达到“用钢量最省”这个目标。
门式刚架的用钢量主要与结构形式、荷载大小、建筑尺寸、钢材性能、有无吊车、单跨或多跨等条件有关, 其中建筑尺寸主要包括刚架的跨度、柱距、檐口高度和屋面坡度。
作者将通过以下几个方面并结合工程实例，探讨如何对门市钢架进行优化设计。
作者结合的工程为一无吊车的轻型门式刚架，跨度24m，柱距7.2m，檐口高度9m，围护结构采用彩色复合压型钢板。
1 柱距及跨度对用钢量的影响（1）柱距对用钢量的影响经过对大量工程实例统计及计算, 可以发现, 柱距为7～9m 时，总用钢量基本保持稳定。
小于7m时, 总用钢量随柱距增大普遍呈降低趋势, 降幅随跨度的增大而增加, 柱距超过9m 时, 由于檩条、支撑、吊车梁等构件的用钢量大幅上升, 造成总用钢量上升，因此, 对于常用刚架, 建议柱距取7～9m, 当无吊车或吊车吨位较小时, 柱距可取8～9m, 当吊车吨位较大时, 柱距可取7m 左右, 用钢量比常规6m 柱距可节省3%～5%, 总造价可节省2%～6%, 经济效益非常可观。
另外同时应考虑设计的标准化、定型化、品种规格化等因素的影响。
作者在对某能源科技公司1#厂房的设计项目当中，在充分考虑了业主功能性要求的前提下，根据厂房总尺寸和占地面积，最终确定柱距为7.2米。
这样首先在总体设计方面有效地将造价降到最低，从而为后续工作打下良好基础。
（2）跨度对用钢量的影响门式刚架体系也存在经济跨度, 因此不宜盲目追求大跨度。
常规门式刚架的经济跨度范围在18~ 30m，吊车吨位较大时经济跨度在24~ 30m，无吊车或吊车吨位较小时，经济跨度在18~ 21m；采用合理跨度可以节省钢材5%~ 15%，降低总造价2%~ 7%，经济效益亦很可观。
影响经济跨度的主要因素是荷载，荷载越大时，总用钢量对跨度越敏感，越应注意采用合理跨度。
这是因为荷载大则柱截面大，若此时跨度较小，其单位用钢量必然上升。
若跨度增大，梁截面又显著增大，也会导致单位用钢量的上升。
在设计时，应进行几个方案的综合比较，选择适宜的跨度和跨数。
作者在该项目中最终确定的跨度为24m。
2 结构形式对用钢量的影响轻型门式刚架的形式多种多样, 柱脚与基础通常做成铰接, 多跨刚架的中柱多采用摇摆柱。
但当柱高度较大时, 为控制风荷载作用下的柱顶位移值, 柱脚宜做成刚接, 多跨刚架的中柱与横梁的连接也宜采用刚接, 多跨刚架宜做成多坡, 较为节省钢材。
门式刚架一般采用实腹式变截面梁和柱, 柱通常为楔形杆件, 横梁通常做成加腋梁, 加腋长度一般取跨度的1/ 6～1/ 5 较为经济, 楔形柱的最大截面高度取最小截面高度的2～3 倍为最优截面。
门式刚架腹板主要以抗剪为主, 翼缘以抗弯为主, 在无振动荷载作用下, 可充分利用腹板屈曲后强度分析构件的强度和稳定性, 将构件设计成为高而窄的截面形式( 最小截面高度宜取跨度的1/ 45～/60, 截面高宽比一般为3～5) , 构件的平面外稳定可通过设置隅撑来保证, 为使结构具有可靠的整体稳定性, 纵向通常设置由十字交义圆钢组成的竖向支撑及屋面横向水平支撑, 同时, 应在柱顶和屋脊设置刚性系杆。
在实际工程中, 当屋面与檩条连接可靠时, 可利用型钢檩条兼作刚性系杆。
在有条件时, 檩条可设计成连续檩条, 檩条平面外应根据具体情况设置相应拉条。
3 钢材类型对用钢量的影响在设计时, 主刚架宜采用Q345- A钢材, 材质符合《低合金高强度结构钢》( GB/ T 1591 - 94) 要求, 吊车梁宜采用Q345- B钢材。
在最优跨度24～30m的范围内, 无论柱间距大小, 采用Q345钢的用钢量均比采用Q235钢的用钢量下降16%左右, 成本稍高的热加强钢材不仅强度提高, 由于结晶组织的改善而韧性提高, 同时又具有良好的可焊性及可加工性等工艺性能。
而Q345钢价格仅比Q235钢的价格每吨高100多元, 所以采用低合金高强度钢是降低总用钢量的重要途径之一。
4 次构件对用钢量的影响屋面檩条、墙面檩条的用钢量一般占总用钢量的20% ~ 25%, 因此, 正确的构件设计和构造对保证整体结构的安全、节省用钢量、控制造价有着十分重要的意义。
檩条、墙梁宜优先选用Q345 镀锌卷材, 一般采用冷弯薄壁型钢, 因为冷弯型钢实腹檩条受力性能好、承载力高、整体刚度大,可以节约钢材、减轻结构用钢量；而且冷弯型钢实腹檩条制造安装方便,可叠合堆放,是一种合理的檩条形式。
冷弯薄壁型钢实腹式檩条主要采用卷边C 型檩条和带斜卷边( 或直卷边) 的Z型檩条。
卷边Z型檩条用于坡度大于1/ 4的屋面较为合理,此时,屋面荷载作用线与截面主轴方向相当接近,弱轴方向的力分量很小,一般来说,坡度平缓的屋面采用卷边C 型檩条。
但由于卷边Z型檩条可以叠合运输,因此目前广泛地应用在坡度平缓的屋面。
设计时采用连续檩条或连续墙梁,可比门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002) 中规定的简支檩条节约钢材10%左右。
5 构件的截面和尺寸对用钢量的影响在设计中初步满足以上四点的基础上，对构件的截面和尺寸的变化进行合理的调整才能最终到达用钢量在满足安全可靠的前提下尽可能少。
总的来说截面和构件各部分尺寸的变化应尽量符合弯矩图的变化。
对于钢架斜梁梁端加腋长度应尽量短，但是一般来说要满足腹板高度改变率不大于60mm/m。
对于单跨门式钢架，通常是承载力控制，梁端加腋长度和截面尺寸的调整主要考虑应力比的控制，满足截面承载力要求并使各截面应力比尽可能接近即可，当跨度较大时，常常是挠度控制，梁端加腋长度和尺寸的调整主要考虑构件刚度，同时与柱子的刚度有关。
6 结语综上所述,可以得到以下结论：以门式刚架的特点来说，在一般工业厂房等结构中应优先选用，如果再结合减少用钢量等优化设计，一定会节省大量建设资金，产生可观的经济效益，当无吊车或吊车吨位较小时，柱距可取8～9m，当吊车吨位较大时，柱距可取7m 左右。
吊车吨位较大时，经济跨度在24～36m，无吊车或吊车吨位较小时, 经济跨度在18～24m。
在满足焊接工艺及其他条件要求的前提下, 并且设计由强度控制时, 尽量采用低合金高强钢材。
在满足工艺布置的前提下,尽量减少变形缝的设置。
在可能的条件下, 尽量采用铰接平板柱脚。